Cum se calculează schimbarea entalpiei

Conţinut

• TL; DR (Prea lung; nu a citit)
• Definiția Enthalpy
• Calcul simplu de schimbare a entalpiei
• Entalpia tranzițiilor de fază
• Legea lui Hess

Schimbarea de entalpie a unei reacții este cantitatea de căldură absorbită sau eliberată pe măsură ce reacția are loc, dacă are loc la o presiune constantă. Finalizați calculul în moduri diferite, în funcție de situația specifică și ce informații aveți disponibile. Pentru multe calcule, legea lui Hess este informația cheie pe care trebuie să o utilizați, dar dacă cunoașteți entalpia produselor și a reactanților, calculul este mult mai simplu.

TL; DR (Prea lung; nu a citit)

Puteți calcula modificările entalpiei utilizând formula simplă: ∆H = H_produse - H_reactanti

Definiția Enthalpy

Definiția precisă a entalpiei (H) este suma energiei interne (U) plus produsul presiunii (P) și volumului (V). În simboluri, este:

H = U + PV

Prin urmare, o modificare a entalpiei (∆H) este:

∆H = ∆U + ∆P∆V

În cazul în care simbolul deltei (∆) înseamnă „schimbare”. În practică, presiunea este menținută constantă și ecuația de mai sus este mai bine arătată ca:

∆H = ∆U + P∆V

Cu toate acestea, pentru o presiune constantă, modificarea entalpiei este pur și simplu căldura (q) transferată:

∆H = q

Dacă (q) este pozitiv, reacția este endotermică (adică absoarbe căldura din împrejurimile sale), iar dacă este negativă, reacția este exotermică (adică, eliberează căldură în împrejurimile sale). Entalpia are unități de kJ / mol sau J / mol, sau, în general, energie / masă. Ecuațiile de mai sus sunt într-adevăr legate de fizica fluxului de căldură și de energie: termodinamică.

Calcul simplu de schimbare a entalpiei

Cea mai de bază modalitate de a calcula schimbările de entalpie se folosește de entalpia produselor și a reactanților. Dacă cunoașteți aceste cantități, utilizați următoarea formulă pentru a determina modificarea generală:

∆H = H_produse - H_reactanti

Adăugarea unui ion de sodiu la un ion de clorură pentru a forma clorura de sodiu este un exemplu de reacție pe care îl puteți calcula în acest fel. Sodul ionic are o entalpie de -239,7 kJ / mol, iar ionul de clorură are entalpie −167,4 kJ / mol. Clorura de sodiu (sare de masă) are o entalpie de −411 kJ / mol. Inserarea acestor valori oferă:

∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407,1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol

Deci, formarea sării eliberează aproape 4 kJ de energie pe aluniță.

Entalpia tranzițiilor de fază

Când o substanță se schimbă de la solid la lichid, lichid la gaz sau solid la gaz, există anumite entalpii implicate în aceste modificări. Entalpia (sau căldura latentă) de topire descrie trecerea de la solid la lichid (invers este minus această valoare și numită entalpia de fuziune), entalpia de vaporizare descrie tranziția de la lichid la gaz (iar opusul este condensul) și entalpia de sublimare descrie trecerea de la solid la gaz (reversul se numește din nou entalpia condensului).

Pentru apă, entalpia de topire este ∆H_topire = 6.007 kJ / mol. Imaginați-vă că încălziți gheața de la 250 de Kelvin până când se topește, apoi încălziți apa la 300 K. Schimbarea de entalpie pentru piesele de încălzire este doar căldura necesară, așa că o puteți găsi folosind:

∆H = nC∆T

În cazul în care (n) este numărul de alunițe, (∆T) este modificarea temperaturii și (C) este căldura specifică. Căldura specifică a gheții este de 38,1 J / K mol și căldura specifică a apei este de 75,4 J / K mol. Deci calculul are loc în câteva părți. În primul rând, gheața trebuie încălzită de la 250 K la 273 K (adică –23 ° C până la 0 ° C). Pentru 5 moli de gheață, aceasta este:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4.382 kJ

Înmulțiți acum entalpia topirii cu numărul de alunițe:

∆H = n ∆H_topire

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Calculele pentru vaporizare sunt aceleași, cu excepția entalpiei de vaporizare în locul celei de topire. În sfârșit, calculați faza finală de încălzire (de la 273 la 300 K) în același mod ca prima:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10.179 kJ

Sumați aceste părți pentru a găsi modificarea totală a entalpiei pentru reacție:

AH_total = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

Legea lui Hess

Legea lui Hess este utilă atunci când reacția pe care o considerați are două sau mai multe părți și doriți să găsiți schimbarea generală a entalpiei. Aceasta afirmă că schimbarea de entalpie pentru o reacție sau un proces este independentă de calea prin care se produce. Aceasta înseamnă că, dacă reacția se transformă pe o substanță în alta, nu contează dacă reacția are loc într-o singură etapă (reactanții devin imediat produse) sau dacă trece prin mai multe etape (reactanții devin intermediari și apoi devin produse), modificarea entalpiei rezultată este la fel în ambele cazuri.

De obicei, ajută la desenarea unei diagrame (vezi Resurse) pentru a te ajuta să utilizezi această lege. Un exemplu este dacă începeți cu șase moli de carbon combinate cu trei hidrogen, acestea ard pentru a se combina cu oxigenul ca o etapă intermediară și apoi formează benzenul ca produs final.

Legea lui Hess afirmă că modificarea entalpiei reacției este suma modificărilor în entalpia ambelor părți. În acest caz, arderea unui mol de carbon are ∆H = −394 kJ / mol (acest lucru se întâmplă de șase ori în reacție), schimbarea entalpiei pentru arderea unui mol de hidrogen gaz este ∆H = −286 kJ / mol (acest lucru se întâmplă de trei ori) și dioxidul de carbon și intermediarii apei devin benzen cu o schimbare de entalpie de ∆H = +3.267 kJ / mol.

Luați suma acestor modificări pentru a găsi modificarea totală a entalpiei, amintind să multiplicați fiecare cu numărul de alunițe necesare în prima etapă a reacției:

AH_total = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol